【C语言进阶】四.动态内存管理

（一）为什么存在动态内存分配

栈区：局部变量，函数的形参

堆区：动态内存分配

静态区：全局变量，静态变量

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的。

2. 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。

这是就需要动态内存分配

（二）动态内存函数的介绍

（1）malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
printf("%d\n", * (p + i));
    }
  }
return 0;
}

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。

如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。

返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。

如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
printf("%d\n", * (p + i));
    }
  }
free(p);
p=NULL;//虽然P被释放了，但是P里的s
//当程序结束时，也会自动free值不变，还是有可能找到那片空间，用NULL赋值。
return 0;
}

（2）calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。

与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

举个例子：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)calloc(10 , sizeof(int));
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
printf("%d\n", * (p + i));
    }
  }
free(p);
p=NULL;//虽然P被释放了，但是P里的s
//当程序结束时，也会自动free值不变，还是有可能找到那片空间，用NULL赋值。
return 0;
}

【C语言进阶】四.动态内存管理

（3）realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

函数原型如下:

void* realloc (void* ptr, size_t size);

ptr 是要调整的内存地址

size 调整之后新大小

返回值为调整之后的内存起始位置。

这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
  }
int* p2 = realloc(p, 40);
//这里我们需要40个字节空间，但是malloc只提供了20个字节。
int i=0;
for(i=5;i<10;i++)
  {
*(p+i)=i;
  }
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
  {
printf("%d\n", *(p2 + i));
  }
return 0;
}

【C语言进阶】四.动态内存管理

我们想处理一下后面的空间

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
  }
int* p2 = realloc(p, 40);
//这里我们需要40个字节空间，但是malloc只提供了20个字节。
int i = 0;
for (i = 5; i < 10; i++)
  {
*(p2 + i) = i;
  }
for (i = 0; i < 10; i++)
  {
printf("%d\n", *(p2 + i));
  }
return 0;
}

【C语言进阶】四.动态内存管理

int* p = (int*)malloc(20);

int* p2 = realloc(p, 40);

但是这样做，一块空间有两个指针来控制，怪怪的。

于是有人就想把p2直接用p

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
  }
p = realloc(p, 40);
//这里我们需要40个字节空间，但是malloc只提供了20个字节。
int i = 0;
for (i = 5; i < 10; i++)
  {
*(p + i) = i;
  }
for (i = 0; i < 10; i++)
  {
printf("%d\n", *(p + i));
  }
return 0;
}

【C语言进阶】四.动态内存管理

这样做好像也行欸，其实有很大风险。

realloc使用注意事项

【C语言进阶】四.动态内存管理

realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

情况1：p指向空间之后有足够大的空间，直接追加空间，后返回p。
情况2：p指向空间之后没有足够大的空间,则realloc会重新找一个新的内存区域，开辟一块满足需求的空间，并且把原来内存中的数据拷贝过来，释放旧的空间，最后返回新开辟的内存空间地址。

当要追加的空间过大时，开辟失败，返回NULL，如果直接 p = realloc(p, 40);会导致不仅没追加成功，还将之前的空间地址弄丢了。

所以最好用一个新的变量来接受，判断后再给p.

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
//向内存申请10个整型空间
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
  {
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
  }
else
  {
//正常使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
  }
int i = 0;
int* ptr = realloc(p, 40);
if (ptr != NULL)
  {
p = ptr;
for (i = 5; i < 10; i++)
    {
*(p + i) = i;
    }
for (i = 0; i < 10; i++)
    {
printf("%d\n", *(p + i));
    }
  }
free(p);//如果是旧的空间，就释放；新的空间，说明realloc已经释放了旧的空间，我只需要释放新的空间就行
p=NULL;
return 0;
}

（三）常见错误类型

1.对空指针的解引用操作

void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}

2.对动态开辟空间的越界访问

void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}

3.对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

5.对同一块动态内存多次释放

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}

（四）题目

1.

void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");//str还是空指针
printf(str);
}

程序崩溃，内存泄漏（str以值传递的形式传给p，p是GetMenory的函数形参，只在函数内部有效，等GetMemory函数返回之后，动态开辟内存尚未释放，并且无法找到，所以会造成内存泄漏）

改

void GetMemory(char **p)
{
*p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(str);
str=NULL;
}

cahr* GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str=GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");//str还是空指针
printf(str);
free(str);
str=NULL;
}

2.

char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;//出函数释放空间
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);//已经返回给操作系统，贸然去访问，会出问题，非法访问
}

输出随机值

3.

void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}

没有释放内存

4.

void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);//这里已经将str释放了，但后面还在使用
//str=NULL;
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}

虽然输出world，但是非法访问内存

（五）柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员，还可以写成a[0];数组大小可以调整
}type_a;

（1）使用

#include<stdio.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员，还可以写成a[0];数组大小可以调整
}type_a;
int main()
{
struct st_type s;
printf("%d\n", sizeof(s));
return 0;
}

【C语言进阶】四.动态内存管理

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct st_type
{
int n;
int a[];//柔性数组成员，还可以写成a[0];数组大小可以调整
}type_a;
int main()
{
//struct st_type s;
//printf("%d\n", sizeof(s));
struct st_type* ps = malloc(sizeof(struct st_type)+5*sizeof(int));
ps->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
  {
ps->a[i]=i;
  }
struct st_type* ptr = realloc(ps, 44);
if (ptr != NULL)
  {
ps = ptr;
  }
for (i = 5; i < 10; i++)
  {
ps->a[i] = i;
  }
for (i = 0; i < 10; i++)
  {
printf("%d ", ps->a[i]);
  }
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}

（2）特点

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

（3）优点

第一个好处是：方便内存释放

如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。

第二个好处是：这样有利于访问速度.

连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。

秒客网

【C语言进阶】四.动态内存管理

（一）为什么存在动态内存分配

（二）动态内存函数的介绍

（1）malloc和free

（2）calloc

（3）realloc

（三）常见错误类型

1.对空指针的解引用操作

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

（四）题目

1.

2.

3.

4.

（五）柔性数组

（1）使用

（2）特点

（3）优点

相关文章